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淺析發(fā)動機拉缸和判斷經(jīng)驗
發(fā)動機拉缸是一種常見的現(xiàn)象，由此釀成的事故也不少。因此研究發(fā)動機拉缸意義重大，了解水溫過高、潤滑系工作不良與燃油供給系工作不良的危害與成因，重視發(fā)動機的檢查，是我們避免發(fā)動機事故，提高汽車使用壽命的根本。發(fā)動機有些故障，如汽車行駛中發(fā)動機突然被抱死或活塞嚴重燒蝕，究竟是由水溫過高引起，潤滑系工作不良引起，還是燃油供給系工作不良引起，有時—下子不易界定清楚。
下面本人根據(jù)實踐經(jīng)驗，對發(fā)動機水溫過高、潤滑系工作不良與燃油供給系工作不良形成拉缸的原因分析和判斷經(jīng)驗。
一、問題的提出
2003年2月某日，廣州港某交管總站主管汽車維修工作的管理人員拿著四套上海495柴油發(fā)動機活塞及缸套零件來我校，要求我協(xié)助查找事故原因，分析事故責任，以便港口交管部門進行調解仲裁。港口交管部門向我提供的情況：
1、該車在一次常規(guī)維護中，僅換了第一缸和第三缸的活塞環(huán)，沒過幾天便出現(xiàn)發(fā)動機動力不如維護前，同時有耗機油現(xiàn)象。
2、駕駛員自報在使用中沒有缺油、缺水，對發(fā)動機拉缸不能負責；但中途曾發(fā)現(xiàn)汽車機油警告燈亮 ，并加過機油。
3、修理部門認為修理中沒有鏜缸、換活塞和活塞銷，只進行了更換活塞環(huán)的作業(yè)．不會影響氣缸與活塞間的配合間隙，至于拉缸，最可能的原因是活塞環(huán)的材質有問題；供應活塞環(huán)的材料配件部門認為�；钊h(huán)是從正宗廠家購進的活塞環(huán)，不存在品質問題；
4、除拉缸外，連桿與曲軸軸承沒有損傷。
對四套活塞與缸套初步檢查：氣缸活塞頂部嚴重燒蝕，第1、2道活塞環(huán)被卡死在活塞環(huán)槽內，在氣缸的上止口處粘結有活塞燒蝕后的金屬殘余物，缸壁有嚴重的藍色拉缸拉痕，其余幾缸活塞、缸套未見異常。從上述跡象，可以確定發(fā)動機是拉缸。
二、發(fā)動機拉缸原因分析
拉缸是指氣缸壁，活塞和活塞環(huán)三零件不正常粘熔痕跡，是對氣缸故障的總稱。氣缸壁，活塞環(huán)及活塞的表面都有一定的硬度和表面粗糙度，三者在一定溫度條件下相互配合工作，機油起著潤滑、減摩冷卻，清洗和密封的作用。若兩個相對運動的表面由于滑動部位的潤滑油膜受到局部的破壞，就會出現(xiàn)故障，形成拉缸。發(fā)動機拉缸的成因很多，主要是發(fā)動機冷卻系的冷卻效能、發(fā)動機機油的數(shù)量與質量、供給系的工作性能等，往往是造成發(fā)動機致命損傷。為縮小分析范圍，我們主要從水溫過高、潤滑系工作不良與燃油供給系工作不良入手，分析事故原因。根據(jù)司機提供中途曾發(fā)現(xiàn)汽車機油警告燈亮，并加過機油這一情況來看，似乎拉缸是由潤滑系工作不良引起的。但種種跡象表明，這種理由不成立，為慎重起見，我們細致討論了發(fā)動機水溫過高、潤滑系工作不良與燃油供給系工作不良三個方面形成拉缸的原因。
1、發(fā)動機水溫過高的形成拉缸的原因分析
柴油機工作時，冷卻水的正常溫度應保持在80℃~90℃，此時柴油機可發(fā)出最大功率，燃油消耗最經(jīng)濟，機件磨損也不大。如果冷卻水的溫度過高，柴油機的金屬零件在長時間的高溫作用下，強度、彈性和耐磨性會下降；同時，高溫使零件膨脹變形，嚴重地影響配合零件的正常間隙，甚至卡死。冷卻系水溫過高形成拉缸的主要原因有：
（1）發(fā)動機水量不足：冷卻系缺水，使冷卻水不能循環(huán)散熱，造成發(fā)動機溫度過高。冷卻系缺水的原因有兩種可能：一是冷卻水在正常消耗中沒有及時給予補充；二是冷卻水嚴重滲漏。發(fā)動機正常工作時，冷卻水溫度應在80℃~90℃之間，此時會有部分冷卻水被蒸發(fā)，若長時間不作補充，一旦水泵泵不上水，就會造成發(fā)動機因缺水而發(fā)生高溫。如果冷卻系密封性能遭受破壞，使冷卻水嚴重漏失，造成缺水高溫，如水泵水封處磨損過度、缸體出現(xiàn)裂紋。也能造成發(fā)動機高溫。
（2）水循環(huán)不良（節(jié)溫器工作失靈）：節(jié)溫器是自動調節(jié)冷卻水的大小循環(huán)，使柴油機保持在最佳工作溫度范圍內。495柴油機采用蠟式節(jié)溫器，安裝在氣缸蓋右前端出水口處的節(jié)溫器殼體內。節(jié)溫器主閥開啟溫度為76±2℃，全開溫度為86℃，閥門升程為8毫米。當柴油機走熱后，水溫達到76℃±2℃而大循環(huán)出水管無水流出時，說明節(jié)溫器已發(fā)生故障，如果還處于小循環(huán)工作狀態(tài)的話，水溫會造成過高。
（3）風量不足:風扇傳動帶過松或風扇裂損，使皮帶打滑或斷裂,造成風量不足而引起水溫過高；
（4）水質差：冷卻水中若含有鈣、鎂和硫酸鹽，容易在冷卻系熱傳導的裝置表面上沉積成水垢，若氣缸水套內壁上沉積的水垢過多，就會變成水套的隔熱層。此時，當柴油機轉速提高、溫度上升、負荷加重而需要迅速散熱時，水垢不但不能迅速傳熱，反而起到保溫的作用。因此，柴油機氣缸的熱量不能迅速傳遞到循環(huán)水中去，缸壁表面溫度便會急劇上升，潤滑油在高溫下粘度下降使活塞環(huán)與氣缸壁之間的摩擦系數(shù)增大，表面粗糙度受到破壞而拉缸。
2、發(fā)動機潤滑系工作不良形成拉缸的原因分析
柴油機工作時，潤滑系統(tǒng)是讓活塞、活塞環(huán)與氣缸套、活塞銷與銷座、各軸與軸承、正時齒輪等部位形成油膜，實現(xiàn)液體摩擦，達到減小摩擦阻力、清洗接觸面、散熱冷卻、密封防腐等目的。如果發(fā)動機出現(xiàn)潤滑系工作不良，加速機件表面得不到潤滑，使機件處于高溫狀態(tài)而燒毀，燒了軸瓦抱了軸和形成拉缸等現(xiàn)象發(fā)生，因此，潤滑油對發(fā)動機的運轉至關重要，稍有不慎，會降低發(fā)動機的使用壽命。
潤滑系工作不良形成拉缸的主要原因有：
（1）機油油量不足
若機油油量不足，會使機油泵的泵油量減少而泵不上油，致使機油壓力下降，曲軸與軸承會失去正常的潤滑條件；另外，缸套與活塞也因飛濺的機油減小而造成干摩擦而拉缸。
（2）機油變質
由于高溫與氧化的作用，即使在正常情況下，機油也會生成氧化物或氧化聚合物；機油若含有酸性化合物，不但使機油顏色變黑，粘度下降，而且對零件摩擦表面具有腐蝕作用，使各零件得不到正常的潤滑而加大機件磨損。
（3）機油粘度過低
油膜容易破壞，在高溫摩擦面上，不易形成足夠厚度的油膜，機件得不到正常的潤滑會增大磨損；同時密封作用不好，易使氣缸漏氣，降低功率，還易使廢氣竄入曲軸箱，機油受到稀釋和污染。另外，加大了潤滑油消耗量，粘度小的油密封不好，蒸發(fā)性又大，這樣就容易使氣缸壁上(特別是氣缸壁上部的高溫區(qū))的機油竄入燃燒室造成燒機油，不但增大了潤滑油的耗量，還造成燃燒不完全，排氣冒黑煙的現(xiàn)象發(fā)生。
（4）機油油溫度過高
當潤滑油溫度高于正常工作溫度90℃以上時，潤滑油溫度升高而變得過稀、機油壓力變低，使機油消耗加快，而且在機油上竄至燃燒室被燒掉的同時，還會產(chǎn)生大量的積炭和膠狀混合物，竄入燃燒室的機油增多，使氣環(huán)的開口處被膠結而張不開，從而導致機油上竄更加劇烈，機油消耗得更快，由于積炭而使燃燒室的有效工作容積減��；柴油機各潤滑部位油膜易被破壞，運動副表面將出現(xiàn)半干摩擦甚至干摩擦；由于氣缸的溫度太高，缸壁上的潤滑油容易燒焦、積炭，促使零件磨損加快，嚴重時會造成拉缸、抱軸和燒瓦等事故。
3、發(fā)動機燃油供給系工作不良形成拉缸的原因分析
柴油機燃料供給系的作用是根據(jù)柴油機的工況要求，燃料供給系應能定時、定量、定壓地將柴油按一定的噴油規(guī)律噴入燃燒室且霧化質量良好并使其與燃燒室內的高溫、高壓空氣迅速而良好地混合，邊混合邊燃燒膨脹，并且及時的把燃燒后的廢氣排出。如果發(fā)動機出現(xiàn)燃料供給系工作不良，會不易熄火、工作粗暴、冒黑煙、機件過熱嚴重時形成拉缸等現(xiàn)象的發(fā)生。
（1）噴油泵工作不良形成拉缸的原因
1）供油時間過早：燃油幾乎在壓縮行程中全部噴入燃燒室，隨著活塞上行，當氣缸內的溫度達到燃料的自燃溫度時，燃料幾乎同時發(fā)火燃燒，而部分燃油蒸氣被廢氣包圍著得不到氧氣，在排氣過程中遇到氧化而二次燃燒，過后燃燒容易使柴油機過熱，嚴重時會造成拉缸等事故；
2）供油時間過遲：燃油燃燒作功時間縮短，燃料在著火前，活塞己開始下行，又使氣缸內的溫度和壓力下降，增加了著火延遲，燃燒在膨脹行程中進行，排氣溫度增高，冷卻水熱損失增加，引起功率下降，同時引起柴油機過熱，嚴重時會造成拉缸等事故；
3）供油量過大：噴油泵必須向噴油器供給相當高壓力與燃油，以保證噴霧性能良好。如果噴油泵調節(jié)拉桿行程過大，會引起供油量過大而導致燃燒不完全，噴入氣缸的柴油無法充分燃燒，并總有一部分柴油滯留至氣缸的下一個壓縮行程,油耗增大，冒黑煙，燃燒室內嚴重積炭，加速氣缸、活塞和活塞環(huán)的磨損，發(fā)動機過熱和出現(xiàn)敲擊聲響。
（2）噴油器工作不良形成拉缸的原因
①噴油器壓力過�。簢娪推鲏毫]有調試好（低于標準的壓力9.8MPA—12MPA）、彈簧變軟或折斷、噴油器油嘴針閥卡死在不能停油的位置，噴的柴油無法霧化，噴油時間拖長。這樣，噴入氣缸的柴油無法充分燃燒，從而產(chǎn)生粗暴敲缸聲并引起柴油機過熱。
②霧化不良：噴霧質量表示燃料噴散霧化的程度，一般是指噴散的細度和噴散的均勻度，噴散得越細，越均勻，說明噴霧質量越好。如果噴油嘴軸針和噴孔的磨損則引起油流截面積不規(guī)則擴大，導致噴油器的噴霧質量變壞。噴霧中夾有多條未霧化的細油流，將使燃油噴入氣缸后不能在規(guī)定的時間內完全燃燒，形成過多的積炭，使柴油機啟動性、動力性，經(jīng)濟性和排放指標都隨之惡化。
③噴霧錐角不對：噴霧錐角過小時,由于燃油直接噴射到活塞頂面上，并仍保持液態(tài)流動，這樣火焰擴展運動不活潑，火焰難以達到凹坑外面間隙區(qū)域，外圍的空氣利用率差，使性能下降；噴霧錐角過大時，油束噴到活塞頂隙部分，則凹坑里空氣又不能充分利用，從而造成溫度過高，所以應該有合適的噴霧錐角（495柴油機為4°）。
三、發(fā)動機水溫過高、潤滑系工作不良與燃油供給系不良形成拉缸的特點比較
為什么水溫過高會拉缸呢？這主要原因是活塞直接與高溫高壓氣體接觸，工作條件十分惡劣，冷卻高效能稍有變化，反應十分明顯。2000多度的高溫，常常把活塞頭部燒熔；活塞的過度膨脹，潤滑條件又變壞，是造成活塞拉缸的根本原因。
至于潤滑系工作不良，發(fā)動機一般有壓力潤滑和飛濺潤滑兩種潤滑方式，一些要求潤滑可靠性高的機件都采用壓力潤滑，如曲軸軸承和連桿軸承等。另一些要求潤滑可靠性不十分高的機件，如活塞與氣缸采用飛濺潤滑的。一旦失油，首先先燒曲軸軸瓦和連桿軸瓦，再燒缸。
那么燃油供給系工作不良呢? 一般對曲軸軸承和連桿軸承沒有直接的影響,因為它們離熱源遠,又受到機油的冷卻作用,實踐證明只要機油足夠, 燃油供給系工作不良不會引起燒瓦和燒軸的，而會造成工作粗暴、冒黑煙、機件過熱嚴重時形成常常把活塞頂部燒熔。
四、分析的結果與初步認定的責任
從上述分析結合汽車“拉缸”和拆卸后的檢查，我的診斷是；
1、導致拉缸和氣缸壁上止口粘結物是活塞頂部燒蝕后產(chǎn)生的；
2、活塞頂部的燒蝕和缸壁有嚴重藍色拉缸拉痕是高溫造成的；
3、如活塞環(huán)材質有問題，不會導致活塞頂部燒蝕，更不會造成氣缸上止口處有金屬物粘結；
4、從其他氣缸活塞環(huán)與環(huán)槽的配合間隙，檢測出活塞環(huán)的開口均勻錯開、側隙、開口間隙、背隙、彈力等檢測數(shù)據(jù)均在原廠技術標準范圍內；
5、如發(fā)動機水溫過高形成拉缸的，4個氣缸均應會不同程度地出現(xiàn)高溫，由于其他氣缸的氣缸壁無受高溫變色現(xiàn)象，所以第3缸活塞頂燒蝕不是缺冷卻液所致。
6、是否潤滑系工作不良形成拉缸的，從曲軸主軸承、連桿軸承無拉傷及干磨和氣缸壁上加工網(wǎng)紋清晰可見分析，拉缸與潤滑油無關；
7、噴油器沒有校驗調試，導致噴油霧化不良，是造成燃油供給系工作不良產(chǎn)生高溫的主要原因。 我覺得一定要查找燃油供給系工作不良原因，為論證上述分析的正確性。
許多有經(jīng)驗的專業(yè)人員和管理人員在現(xiàn)場觀看了對第3缸噴油器在噴油器試驗臺上校試. 校試結果使大家一致同意第3缸噴油器是引起燃油供給系工作不良產(chǎn)生高溫的原因以使活塞頂部燒蝕導致拉缸的分析.柴油機在壓縮行程終了時由噴油器把來自高壓油泵的高壓柴油以霧狀噴入氣缸的。由于第三缸噴油器沒有調試好壓力，噴的柴油無法霧化，噴油時間拖長。這樣，噴入氣缸的柴油無法充分燃燒，并總有一部分柴油滯留至氣缸的下一個壓縮行程，導致柴油和進入氣缸的空氣一起壓縮，柴油的自燃溫度是200～300℃，此時氣缸內的溫度高達400℃，柴油能夠自燃，活塞沒有達到上止點在工作行程中就發(fā)生了工作粗暴，造成了的溫度異常的高溫，融化了活塞頂部粘缸，同時活塞環(huán)高溫燒蝕卡死在活塞環(huán)槽上，造成拉傷缸壁，導致動力下降和燒機油現(xiàn)象的產(chǎn)生。高溫拉缸他情況拉缸的不同之處在于氣缸高溫回火造成缸壁發(fā)藍色，與拆檢情況相一致。認同維修操作者違章操作是故障發(fā)生的主因，事故責任應由承修方承擔。
據(jù)后來了解，承修方承擔了事故責任。
（責任編輯：王囤）
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